管式空氣預(yù)熱器運行中的問題及應(yīng)對措施李璐【摘要】管式空氣預(yù)熱在運行中遇到的最大問題就是低溫腐蝕、積灰、磨損,針對以上問題論文提出了相應(yīng)的解決措施和應(yīng)對方法.期刊名稱】《機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新》年(卷),期】2016(029)003【總頁數(shù)】3頁(P40-42)【關(guān)鍵詞】管式空氣預(yù)熱器;低溫腐蝕;積灰;飛灰磨損【作者】李璐【作者單位】中工國際工程股份有限公司,北京100080【正文語種】中文【中圖分類】TK17空氣預(yù)熱器屬于傳熱式熱交換設(shè)備，在鍋爐整體布置中，一般位于尾部煙道中，它所處的區(qū)域是整個鍋爐中煙氣溫度最低的地方。空氣預(yù)熱器通過吸收低溫?zé)煔庵械臒崃?，將冷風(fēng)加熱然后送入爐膛，經(jīng)過空氣預(yù)熱器之后，煙氣降到了較低的溫度，排煙熱損失減少，大大提高了鍋爐的熱效率。進(jìn)入爐膛的熱風(fēng)使燃料的著火更加容易，燃燒更加徹底，爐內(nèi)理論燃燒溫度提高，輻射傳熱得到加強，因此空氣預(yù)熱器對鍋爐熱效率的提高是顯著的，在現(xiàn)在的鍋爐中，它已成為重要的一個部件。目前鍋爐上主要使用的空氣預(yù)熱器是回轉(zhuǎn)式和管式，而回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，在中小容量的鍋爐上使用較多的還是結(jié)構(gòu)簡單的管式空氣預(yù)熱器。它一般由兩塊較厚的管板和一塊較薄的中間管板以及安裝在管板上的薄壁鋼管組成，根據(jù)煙氣沖刷方式的不同，分為兩種形式（臥式、立式）。因為沒有電機(jī)等傳動設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單的管式空氣預(yù)熱器在運行中更加穩(wěn)定可靠，漏風(fēng)少，平時的檢修工作量較少，主要遇到的問題是低溫腐蝕、積灰、磨損。圖1為管式空氣預(yù)熱器的兩種布置形式。含有硫的燃料在燃燒時候會與空氣中的氧反應(yīng)生成S02，在一定的溫度條件下，S02繼續(xù)與氧反應(yīng)生成S03，而煙氣中則含有三原子氣體水蒸氣，兩者反應(yīng)生成硫酸蒸汽，而它發(fā)生凝結(jié)時的溫度我們將之稱為酸露點，在運行過程中如果受熱面管子壁溫比酸露點低時，在管子表面就會有硫酸蒸汽凝結(jié)，管子就會受到硫酸蒸汽嚴(yán)重的腐蝕作用，我們將這樣的現(xiàn)象稱為低溫腐蝕，在空氣預(yù)熱器的末端即冷空氣的入口，也是整個鍋爐中煙氣和空氣溫度最低的區(qū)域，最容易發(fā)生嚴(yán)重的低溫腐蝕。燃料中的折算硫分、折算灰分和飛灰系數(shù)afh對煙氣酸露點都會有一定的影響。目前并沒有準(zhǔn)確的計算煙氣酸露點的方法，正常情況下我們可用以下經(jīng)驗公式進(jìn)行計算：式中：tl—煙氣的酸露點（°C）;tsl—水的露點（°C）;Syzs、Ayzs—應(yīng)用基燃料的折算硫分和折算灰分；afh—飛灰系數(shù)。根據(jù)上述經(jīng)驗公式我們可預(yù)先判斷和計算各種燃料的酸露點，選取合理的排煙溫度，這對鍋爐設(shè)計是有很大幫助的。針對管式空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕，我們可采取如下措施：根據(jù)低溫腐蝕的特點，我們不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空氣預(yù)熱器管子的壁溫高于酸露點的時候，低溫腐蝕肯定會明顯減輕，而將鍋爐的排煙溫度及進(jìn)口冷空氣溫度提高可以達(dá)到這一目標(biāo)。在影響鍋爐熱效率的因素中，排煙熱損失的影響是最大的，而排煙熱損失的高低與排煙溫度成正比，當(dāng)排煙溫度過高時，雖然可減輕低溫腐蝕，但鍋爐熱效率也會降低，對電廠來說是很不經(jīng)濟(jì)的，所以排煙溫度的提高有很大的局限性。就目前來說，提高進(jìn)口冷風(fēng)溫度一般采用圖2~圖4所示的暖風(fēng)器和熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)。圖2、圖3為熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)，圖2中，通過送風(fēng)機(jī)吸入空氣預(yù)熱器出口的部分熱風(fēng)與冷風(fēng)混合后進(jìn)入空氣預(yù)熱器，達(dá)到提高進(jìn)風(fēng)溫度的目的，調(diào)節(jié)擋板用來控制熱風(fēng)再循環(huán)風(fēng)量。圖3中，通過加裝再循環(huán)風(fēng)機(jī)將部分熱風(fēng)與冷風(fēng)混合而達(dá)到提高進(jìn)風(fēng)溫度的目的。采用熱風(fēng)再循環(huán)時，冷風(fēng)溫度的提高是有限制的（一般50工~65。0,如果將冷風(fēng)溫度提高太多，排煙溫度將會升高很多，對鍋爐效率影響較大，對于高硫分燃料，煙氣露點超過120°C時，不宜采用該方式。在圖4所示的暖風(fēng)器系統(tǒng)中，將管式加熱器（暖風(fēng)器）安裝在送風(fēng)機(jī)與空氣預(yù)熱器之間來加熱冷空氣，熱源為汽輪機(jī)的抽氣，冷空氣出口溫度可通過調(diào)節(jié)蒸汽流量來控制，由于該系統(tǒng)降低了汽輪機(jī)的冷源損失，電廠整體循環(huán)熱效率得到提高，對全廠經(jīng)濟(jì)性影響不大。無論是熱風(fēng)再循環(huán)還是暖風(fēng)器，都會增加風(fēng)機(jī)電耗。對于燃燒高硫分燃料的鍋爐而言，低溫腐蝕的問題尤為嚴(yán)重，近幾年，搪瓷管被廣泛應(yīng)用在管式空氣預(yù)熱器的末級，在過去的設(shè)計中，我們末級空氣預(yù)熱器一般采用考登鋼管（09CuPCrNi-B），從運行情況來看，效果很不好，圖5為某循環(huán)流化床鍋爐空氣預(yù)熱器低溫段（采用考登鋼管）在運行不到一年后的腐蝕情況，整個管箱都需要更換。在設(shè)計改為搪瓷管后，腐蝕情況明顯減輕很多。經(jīng)過實踐證明，搪瓷管比普通金屬管更耐腐蝕、耐磨，而且搪瓷管表面絕對粗糙度低，光潔度高，不易粘灰。對于臥式管式空氣預(yù)熱器，我們還可采用如圖6中的方式來減輕低溫腐蝕，在進(jìn)風(fēng)端通過加裝套管來保護(hù)空氣預(yù)熱器管，套管長度1000mm左右（根據(jù)預(yù)熱器管子長度調(diào)整），一端與管板焊接，另一端與預(yù)熱器管不焊，這樣方便維修時更換套管。通過改善爐內(nèi)燃燒，也可防止低溫腐蝕，煙氣中過剩的氧量過高會增大三氧化硫的生成，因為空氣和燃料的混合不可能特別充分，為了保證燃料燃燒時有足夠的氧氣，送入爐膛的空氣量要比理論空氣量多，加上煙道不可能做到完全的密封，存在一定的漏風(fēng)，煙氣中就會一直有剩余的氧氣存在，只要達(dá)到一定的條件，S02就可以繼續(xù)氧化成SO3，根據(jù)SO3的生成機(jī)理，我們可以選用較低的過量空氣系數(shù)即低氧燃燒技術(shù)，最大程度的減少煙道漏風(fēng)，這樣可以控制SO3的生成量，從而達(dá)到減輕低溫腐蝕的目的，但低氧燃燒對二次風(fēng)和燃燒器的要求較高，二次風(fēng)的布置須分層布置，保證熱風(fēng)與燃料混合良好，燃燒器必須性能優(yōu)良，調(diào)節(jié)靈敏度高，如果不加以注意，很可能就會造成不完全燃燒，反而得不償失。另外，加入石灰石、白云石等添加劑以及將燃料在送入爐膛前進(jìn)行脫硫處理也是有效防止低溫腐蝕的措施。低溫腐蝕是低溫粘結(jié)灰形成的主要誘因，而煙氣酸露點又是低溫腐蝕的成因，當(dāng)煙氣中的硫酸蒸汽在空氣預(yù)熱器管子上結(jié)露時，飛灰粒子很容易就粘在管子表面，最終形成積灰。由于飛灰粒子中含有CaO,與硫酸反應(yīng)會生成具有粘性的CaSO4，越來越多的飛灰粒子會粘結(jié)在管子表面，當(dāng)積灰嚴(yán)重到一定程度時煙道會被堵塞，煙氣阻力增大，引風(fēng)機(jī)功耗明顯增大甚至出現(xiàn)超過風(fēng)機(jī)額定載荷的危險。同時鍋爐排煙溫度升高，熱效率下降。嚴(yán)重的積灰會使煙氣側(cè)傳熱系數(shù)降低，管壁溫度進(jìn)一步降低，沉積的灰又能吸附SO3，這將加速腐蝕過程，一旦腐蝕嚴(yán)重造成管子泄漏后，漏風(fēng)會使煙溫下降，腐蝕和積灰繼續(xù)加重，長時間下去就會形成惡性循環(huán)，由此可見，兩者是相互促進(jìn)的。圖7為某鍋爐空氣預(yù)熱器因為腐蝕而造成的積灰因為低溫粘結(jié)灰與煙氣的酸露點是緊密相關(guān)的，所以同樣可通過提高空氣預(yù)熱器受熱面壁溫來解決低溫粘結(jié)灰的問題。在空氣預(yù)熱器區(qū)域安裝蒸汽吹灰可有效減少積灰，蒸汽源必須是過熱蒸汽，因為采用濕蒸汽吹灰的話，蒸汽中的水分反而會加重積灰，在鍋爐冷態(tài)啟動期間，蒸汽溫度在300工以上才允許投入吹灰器。高速煙氣沖刷空氣預(yù)熱器受熱面管子時，煙氣中的灰粒以及未完全燃燒的較大顆粒對管子的撞擊會使管壁逐漸減薄，直至磨穿管子，這就是飛灰對受熱面的磨損過程煙氣流速決定了撞擊力的大小，煙氣的飛灰濃度決定了撞擊的次數(shù)，它們都是成正比的，空氣預(yù)熱器管子一旦被磨穿造成泄漏，將會影響鍋爐安全運行，且需要花費大量人力進(jìn)行維修和更換受損的管子。管子的磨損程度與煙氣流速的三次方成正比，在設(shè)計初期，我們應(yīng)選取合理的煙氣流速，由傳熱學(xué)原理我們可知，傳熱效果是隨著煙氣流速的增大而增強的，采用較高的煙速可以降低鋼材的使用量，但同時也會增大煙氣阻力、加劇飛灰磨損，臥式空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)中，鍋爐在額定負(fù)荷下運行時，煙速應(yīng)大于6m/s，而在立式空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)中，這一數(shù)值為8m/s，同時，煙速也不應(yīng)過大，根據(jù)以往經(jīng)驗，管式空氣預(yù)熱器的煙速應(yīng)不大于10m/s（立式的可到10~14m/s）。立式空氣預(yù)熱器我們一般采取如圖8所示的結(jié)構(gòu)來防止磨損，此時煙氣在管內(nèi)作縱向沖刷運動，在進(jìn)口端，煙氣截面突然變小，氣流還不穩(wěn)定，由于收縮和膨脹，粒子對管內(nèi)壁的撞擊次數(shù)較多，磨損較嚴(yán)重，當(dāng)煙氣流趨于穩(wěn)定后，運動方向與管子平行，磨損較輕，根據(jù)以往的運行經(jīng)驗，管子在煙氣入口150~200mm的范圍內(nèi)受到的磨損較重，如果因為這一小段管子的磨損而更換整根管子，成本較高，所以在圖8所示的結(jié)構(gòu)中，我們在煙氣入口處加了一段與空氣預(yù)熱器管子同徑200mm長的防磨短管，防磨短管之間的間隙用耐火混凝土澆筑，這樣煙氣對管子的磨損主要作用在防磨短管上，只需更換短管即可。在臥式空氣預(yù)熱器中，我們應(yīng)盡量采用順列布置，雖然錯列布置的傳熱系數(shù)要高，但錯列管束的磨損較嚴(yán)重，在橫向節(jié)距方向很多排管子都受到不小的磨損，而采用順列管束的話，通常只有前三排管子受到的磨損較重，后面的管子因為受到前排的“保護(hù)”而磨損較輕。受熱面管子與爐墻之間的間隙應(yīng)保證不形成煙氣走廊，防止局部飛灰濃度過大，加劇磨損，通常情況下，臥式空氣預(yù)熱器在煙氣入口處前三排管子以